脈沖序列分析基本思路-NMRLab,USTC

1、脈沖序列基本原則脈沖序列基本原則1、平衡態(tài)密度算符：SgIIZ，如15N標記蛋白，gHHZ+gNNZ2、Delay時期，Hamilton算符為wIIZ + wSSZ + pJIzSz(兩核體系），多核體系包括所有的化學位移算符和可能的J耦合算符3、短的硬脈沖，一般只考慮脈沖所起的作用（90，180)，忽略化學位移和J演化4、大多成形脈沖可以近似為90/180脈沖5、Ix/y/zIx/y/z? Ix/y/zIx/y/zSx/y/z?生物大分子波譜學原理吳季輝脈沖序列分析基本思路脈沖序列分析基本思路1、乘積算符 基本單元：自旋回波，INEPT, COSY, TOCSY，NOESY2、相干傳遞途徑從

2、0開始，-1接收自由進動時相干階不變，只有脈沖才能改變相干階相干傳遞途徑只畫出想要的途徑3、相位循環(huán)脈沖相位變化f，則相干階Dp經(jīng)歷的相位變化為-fDp，即接收相位變化。若相位循環(huán)為360/N，Dp為想要的相干階變化，則Dp+nN （n=-3,-2-1,0,1,2,3)也被選擇，其它被抑制生物大分子波譜學原理吳季輝脈沖序列分析基本思路脈沖序列分析基本思路4、梯度場可作為z向的脈沖處理Gz 180 Gz：完善180度脈沖乘積算符z向后，+強梯度：除去所有的非z向相干階梯度選擇Gz/gS RevINEPT Gz/gI：5、間接維正交檢波States, TPPI，States-TPPI生物大分子波譜

3、學原理吳季輝第六章第六章 同核核磁實驗方法同核核磁實驗方法 COSY型實驗 多量子譜 TOCSYNOESY ROESY 生物大分子波譜學原理吳季輝同核核磁譜同核核磁譜生物大分子波譜學原理吳季輝同核核磁譜同核核磁譜 在記錄二維譜或三維譜等之前均需要記錄一維氫譜，通常蛋白質(zhì)溶于水或適當?shù)木彌_液，加5-10%的D2O作為鎖場介質(zhì)。一維氫譜可用于檢查樣品是否有足夠濃度，通常1632次采樣要能得到足夠信噪比的譜圖，甲基由于快速旋轉(zhuǎn)呈現(xiàn)窄峰，而酰胺質(zhì)子由于化學交換及14N的標量弛豫呈現(xiàn)寬峰； 一維氫譜還可用于檢查樣品的共振峰寬是否合理，蛋白質(zhì)在高濃度下容易聚集從而增寬譜線，嚴重時甚至1H譜上看不到明顯的峰

4、，樣品在這種條件下顯然無法進行核磁研究；一維氫譜還可用于判別樣品的化學位移分布情況，可判別樣品是否變性，同時也對研究工作的難度提供一些預(yù)測。 蛋白質(zhì)的一維氫譜一般不應(yīng)該有非常尖的峰，若出現(xiàn)這種峰，往往是殘留的小分子雜質(zhì)，當然蛋白質(zhì)的末端及l(fā)oop區(qū)由于分子運動較快也會出現(xiàn)一些較尖的峰。當樣品條件不佳時，一維譜（以及若干信號強的二維譜如1H-15N HSQC）可用來探索適合的樣品條件。 生物大分子波譜學原理吳季輝同核核磁譜同核核磁譜生物大分子波譜學原理吳季輝右圖顯示ubiquitin（一種蛋白質(zhì)，76個殘基）的一維譜：a 水溶液中，b 箭頭所指甲基區(qū)的放大，c 8M尿素溶液中，顯示變性譜。 生物

5、大分子波譜學原理吳季輝生物大分子波譜學原理吳季輝生物大分子波譜學原理吳季輝生物大分子波譜學原理吳季輝COSY型實驗COSY COSY的變型 Relayed COSY 多量子濾波COSY E-COSY 生物大分子波譜學原理吳季輝COSY生物大分子波譜學原理吳季輝 COSY(correlated spectroscopy),是人們發(fā)明的第一種二維譜，同時也是研究蛋白質(zhì)的最有用的二維譜之一。二個有J偶合的核在COSY上可產(chǎn)生一個交叉峰，由于蛋白質(zhì)（包括多數(shù)其他有機物）中有J偶合意味著這兩個核最多通過3個共價鍵連接，所以COSY譜對于分子結(jié)構(gòu)的拓撲連接可提供非常有價值的信息。 COSY生物大分子波譜學

6、原理吳季輝COSY：脈沖序列分析 生物大分子波譜學原理吳季輝第一項為縱向磁化，第二項為多量子項，均不能被觀測到；第三項仍然是第一核的橫向磁化，在檢測期的頻率同演化期類似，均是第一核的，對應(yīng)于對角峰；第四項是第二核的反向磁化，在檢測期的頻率為第二核的化學位移，與演化期不同，對應(yīng)于交叉峰，這是二維譜最有意義的峰。 COSY：脈沖序列分析 生物大分子波譜學原理吳季輝COSY 生物大分子波譜學原理吳季輝COSY的交叉峰為反相峰，這一點非常重要，決定了COSY型實驗采樣及處理時需要注意的問題。而交叉峰與對角峰在相位相差90度，對于譜圖在對角線附近的質(zhì)量有重要的影響。 COSY生物大分子波譜學原理吳季輝F

7、 應(yīng)用在高場區(qū)由于化學位移的簡并，譜峰的重疊，對角峰的干擾，通常不容易由COSY辨認整個自旋系統(tǒng)，在蛋白質(zhì)COSY特別有用處是用于檢查所謂的指紋區(qū)特別是酰胺質(zhì)子與質(zhì)子的交叉峰。在這個區(qū)域，脯氨酸由于沒有氨基沒有交叉峰；甘氨酸有兩個質(zhì)子故有兩個交叉峰（除非兩者的化學位移相同）；N端殘基上的NH由于與水交換快也沒有交叉峰。除特殊情況外，對于不大的蛋白質(zhì)，所有的峰都應(yīng)該能找到。 COSY的變型生物大分子波譜學原理吳季輝1. COSY-第二個90度脈沖用小于90度的脈沖代替，其結(jié)果是：交叉峰被減弱多核體系中被動偶合產(chǎn)生的某些交叉峰被減弱，導致精細結(jié)構(gòu)的變化，起到簡化圖譜的作用COSY的變型生物大分子波

8、譜學原理吳季輝COSY的變型生物大分子波譜學原理吳季輝COSY的變型生物大分子波譜學原理吳季輝2 pre-TOCSY COSY預(yù)飽和同時抑制接近水峰的H信號，因而從H到其他質(zhì)子特別是NH的交叉峰減弱甚至消失，而NH到H的交叉峰往往淹沒在水峰產(chǎn)生的t1噪聲中。在pre-TOCSY COSY中，在COSY序列前插入一個短時間的TOCSY混合脈沖，使其他質(zhì)子的信號先傳遞給H，這樣可部分恢復H到其他質(zhì)子的信號。COSY的變型生物大分子波譜學原理吳季輝2QF-COSY 生物大分子波譜學原理吳季輝2QF-COSY 生物大分子波譜學原理吳季輝2QF-COSY 生物大分子波譜學原理吳季輝3，4項為交叉峰，二維

9、均是反相裂分，被動偶合呈同相裂分； 1，2項是對角峰，二維均是反相裂分，被動偶合呈同相裂分；這兩個對角峰的相位與交叉峰相同；第5項也是對角峰，在兩維均是反相峰（兩個J偶合的作用均是反相），但相位與其他峰相差90度，在交叉峰調(diào)成吸收型時，這峰呈色散型，不過由于是反相峰，有部分相互抵銷，其拖尾延伸不遠，影響遠不如普通COSY。結(jié)論：即使在三核體系，對角峰有色散成分，對交叉峰的影響也不大 2QF-COSY 生物大分子波譜學原理吳季輝2QF-COSY 生物大分子波譜學原理吳季輝3QF-COSY 生物大分子波譜學原理吳季輝類似地可以記錄三量子濾波COSY。至少三核體系才能產(chǎn)生三量子信號，要注意其交叉峰在兩維對兩個J偶合均呈反相峰即雙反相峰